塑料零件铆接指南 | 产品设计系列

金属零件的铆接，又称铆钉连接，是一个机械术语，包括使用轴向力使铆钉柄在铆钉孔内变形，形成铆钉头，从而连接多个零件。

塑料部件的铆接以塑料部件为主体，而连接部件可以是塑料部件、金属部件（如金属板）、电气部件（如印刷电路板）、织物（如网布）等。与需要额外铆钉或铆柱的金属铆接不同，塑料铆接直接使用塑料结构，如从塑料体中生长出来的柱或肋。这些结构穿过连接的部件，突出的柱或肋在铆钉头的压力下被加热、软化并成型。冷却后，铆接完成。

基于加热方法的铆接工艺：

热熔铆接：

这是一种接触式铆接方法。有些技术需要在铆钉头内放置一根加热管来加热金属铆钉头。这样做的结果是金属铆钉头较大，加热效率较低。目前，常见的技术是利用高频脉冲加热原理，使金属热铆头自行加热，无需加热块或加热管来传导热量。这样既提高了加热效率，又缩小了金属铆头的体积，使其适用于更多的应用场合。

热气铆接：

热风铆接工艺主要以热风为加热源，加热并形成铆钉柱。整个过程包括两个阶段：

在第一阶段，热空气均匀地将铆钉柱加热到可塑状态。稳定的温度和均匀的气流是有效加热铆钉柱的关键。

在第二阶段，冷铆头将软化的铆钉柱压紧，形成牢固的铆钉头。由于铆钉柱已充分加热和软化，形成的铆钉头可牢固地固定待铆接的部件。在热风冷铆中，铆钉柱与被铆接部件上的孔之间的配合不能太松。如果间隙过大，软化的塑料可能会在铆接过程中填满间隙，导致铆钉头尺寸不足。

超声波铆接：

这也是一种接触式铆接方法。铆接过程如下：

选择正确的铆接工艺：利与弊

共同优势：

• 塑料部件结构简单，可降低模具成本。
• 装配过程简单，无需额外材料或紧固件，可靠性高。
• 可同时铆接多个铆点，大大提高了装配效率。
• 不仅适用于连接塑料零件，也适用于连接金属和其他非金属零件，尤其是在狭窄的空间内。
• 铆接部件适用于长期机械振动和极端环境条件。
• 操作简单、节能、快速，便于目测产品质量。

常见缺点

• 需要额外的铆接设备和工具。
• 不适合高强度或长期负荷应用。
• 永久连接，不适用于可拆卸或可修复的应用。
• 一旦发生故障，就很难修复，必要时需要在设计阶段考虑冗余问题。

具体利弊比较：

其他方面：

热熔铆接：

其优点显而易见。铆钉头可同时加热铆钉柱和成型铆钉头。因此设备设计非常紧凑，尤其适用于塑料铆钉柱间距较近的小型部件。

但也有很大的缺点。如果铆钉头没有完全冷却，残余热量会导致塑料粘在铆钉头上，造成丝状物。铆钉头需要经常更换。这种方法不适合较大的铆钉柱，因为表面热量越来越难传递到铆钉柱的中心和底部，有可能造成冷芯现象和铆钉柱与连接部件之间的间隙填充不足。此外，使用热熔铆接技术制造的产品往往具有相对较高的残余应力和较低的拉拔强度。因此，热熔铆接不适用于定位和固定要求较高的产品。

热气铆接：

由于塑料铆钉柱在高温热风环境中被均匀加热，塑料铆钉柱由内而外完全软化，有效降低了成型后的内应力。第二步，冷铆头将完全软化的塑料材料压制成型，可迅速填充被连接部件与铆柱之间超过 90% 的装配间隙，达到很好的固定效果。

超声波铆接：

铆接强度和固定效果与热熔铆接相似。不过，由于超声波铆接通过摩擦产生热量，一旦铆点形成，超声波发生器就会停止工作。与热熔铆接不同的是，超声波焊头不带热量，减少了丝状化的可能性。超声波铆接所需的时间也最短。

使用超声波铆接时，铆钉柱不应设计在有明显高度差的平面上，因为这会造成不同铆点的振幅差异，导致加热速度不均匀，并可能造成铆钉柱松动或退化。如果使用单个焊头，支柱的分布距离也会受到限制。相比之下，热熔或热气铆接工艺可以将铆钉柱设计在不同的平面上，并能一次性实现多点铆接，甚至可以铆接相当长的距离。

材料适应性：

铆接只适用于在特定温度范围内可以熔化的热塑性塑料。热固性塑料在一定温度下会硬化，很难使用上述三种方法进行铆接。因此，人们通常选择热塑性塑料进行铆接，产品结构也经常涉及热塑性塑料。

热塑性塑料又分为无定形塑料（又称非结晶塑料）和结晶塑料（又称半结晶塑料）。

非结晶塑料

它们具有无序的分子排列和独特的温度（Tg、 玻璃化温度）时，材料会逐渐软化、熔化并流动。此类塑料适用于所有三种铆接工艺。

半结晶塑料

它们的分子排列有序，具有明确的熔点（Tm）和再结晶点。在达到熔点之前，半结晶塑料保持固态。当温度达到熔点时，分子链开始移动，塑料开始熔化。如果热量降低，塑料会迅速凝固。

由于具有加热铆钉柱和形成铆点的双重功能，半结晶塑料更适合热熔铆接。

半结晶塑料具有规则的弹簧状分子结构，容易吸收高频超声波振动能量，因此很难在铆接处产生热量。半结晶塑料通常熔点较高，需要足够的超声波能量才能熔化塑料。因此，铆接半结晶塑料比铆接非结晶塑料更具挑战性。要提高半结晶塑料的铆接质量，需要考虑更多的因素，如更高的振幅、合适的接头设计、焊头接触、焊接距离和铆接位置等。 焊接夹具.为了集中超声波能量，铆钉柱顶部的设计应尽量减少与焊接头的初始接触。

影响超声波铆接的其他材料特性包括硬度（硬度越高，超声波铆接效果越好）、熔点（熔点越高，需要的超声波能量越多）和纯度（原材料纯度越高，铆接效果越好，而回收材料中的杂质则会降低铆接性能）。

含填充物（如玻璃纤维）的塑料：

含有填料的塑料与填料之间的熔点差异很大。对于热熔铆接，温度控制在 ±10° 以内至关重要；温度过高会导致玻璃纤维从塑料中析出，造成粘连和表面粗糙，而温度过低则会造成裂缝和冷成型。对于超声波铆接，需要更大的振动能量来熔化塑料。填料含量过高会导致铆接点出现残留和脱落，从而降低铆接强度和可靠性。

当填料含量低于 10% 时，可能不会对材料性能产生明显影响。填料（如玻璃纤维）有利于铆接 PP、PE 和 PPS 等软质材料。填料含量在 10%-30% 之间会降低铆接强度，而含量高于 30% 则会严重影响铆接性能。

常用铆柱和铆头

1.半圆形铆钉头（大规格）

1).适用于铆钉柱直径 (D1) 小于 3 毫米，最好大于 1 毫米，以防止断裂。

2).铆钉柱突出部分（H1）的高度一般为 (1.5-1.75) * D1。

3).铆钉头的直径（D2）一般约为 2 * D1，高度（H2）约为 0.75 * D1。具体数字应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4).这种类型最常用，一般用于强度要求较低的场合，如印刷电路板和塑料装饰部件。

2.半圆形铆钉头（小截面）

1). 适用于铆钉柱直径 (D1) 小于 3 毫米，最好大于 1 毫米，以防止断裂。

2). 铆钉柱突出部分（H1）的高度一般为 1.0 * D1。

3). 铆钉头的直径 (D2) 一般约为 1.5 * D1，高度 (H2) 约为 0.5 * D1。具体数字应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4). 这种铆钉的铆接时间比大截面半圆形铆钉头短，一般用于强度要求较低的场合，如 FPC 软带和金属弹簧片。

3.双半圆铆钉头

1). 适用于直径 (D1) 在 2-5 毫米之间的铆钉柱。

2). 铆钉柱突出部分（H1）的高度一般为 1.5 * D1。

3). 铆钉头的直径 (D2) 一般约为 2 * D1，高度 (H2) 约为 0.5 * D1。具体数字应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4). 这种铆钉的铆柱比半圆头铆钉稍大。为了缩短铆接时间并获得更好的铆接效果，一般在需要较高固定强度的情况下，会使用双半圆头铆接法。

5). 铆钉柱和模具热铆头的中心必须对准，以获得形状整齐的铆钉头。

4.环形铆钉头

1). 适用于直径 (D1) 大于 5mm 的铆钉柱。

2). 铆钉柱突出部分（H1）的高度一般为（0.5-1.5）*D1，直径越大取值越小。内径为 0.5 * D1（以避免支柱背面收缩）。

3). 铆钉头的直径 (D2) 一般约为 1.5 * D1，高度 (H2) 约为 0.5 * D1。具体数字应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4). 随着铆钉柱直径的增大，为了缩短铆接时间，取得更好的效果，同时避免背面收缩缺陷，一般在要求较高固定强度的情况下使用空心铆钉柱。

5). 空心铆钉柱内外受热均匀，铆钉头形状更整齐。

5.扁平铆钉头

1). 适用于直径 (D1) 小于 3 毫米的铆钉柱。

2). 铆钉柱突出部分（H1）的高度一般为 0.5 * D1。

3). 铆钉头的直径 (D2) 和高度 (H2) 应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4). 连接部分需要有足够的厚度以便沉孔，否则，连接将不可靠且缺乏足够的固定强度。

5). 扁平铆钉头适用于成型铆钉头不突出表面的情况。

6.罗纹铆钉头

1). 铆钉柱的底部直径（D1）应小于 3 毫米，顶部直径（D3）为（0.4-0.7）*D1。

2). 铆钉柱突出部分的高度（H1）一般为（1.5-2）*D1，H1 应小于铆钉柱的长度（L）。

3). 铆钉头的直径 (D2) 一般约为 2 * D1，高度 (H2) 约为 1.0 * D1。具体数字应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4). 当铆钉头需要较大的接触面积，而设计空心铆钉柱的空间又不足时，可使用带肋铆钉头。

7.法兰铆钉头

1). 铆钉柱的底部直径（D1）应小于 3 毫米，顶部直径（D3）为（0.3-0.5）*D1。

2). 铆钉柱突出部分的高度（H1）一般为（1.5-2）*D1，H1 应小于铆钉柱的长度（L）。

3). 铆钉头的直径 (D2) 一般约为 2 * D1，高度 (H2) 约为 1.0 * D1。具体数字应根据体积换算 S_head = (85%-95%) * S_column。

4). 带凸缘的铆钉头适用于需要压接或包裹连接部件的情况。

小贴士想要了解各种铆钉类型及其具体应用？查看我们的详细指南 铆钉类型.

备注

如果铆钉柱位于倾斜面上或离基座较高，则应按如下方法设计：

由于铆接是一种永久性连接，一旦失效就很难修复，因此我们可以在必要时对结构进行冗余设计。例如，将铆钉柱和铆钉孔的数量增加一倍，首先使用黄色铆钉柱，如果需要修复，则使用白色铆钉柱进行二次修复。